專利名稱：有機廢水及污水處理工藝與裝置的制作方法
(1)現(xiàn)有技術介紹有機污染物是包括各種工業(yè)廢水和生活污水在內(nèi)的各類廢水中的主要污染物，這些有機物可以用各種生物處理法在比較經(jīng)濟的條件下分解成二氧化碳和水。通常使用的生物處理法包括使用好氧細菌的活性污泥法、使用甲烷發(fā)酵菌的厭氧處理法，最近還有用酵母菌進行好氧處理的酵母菌法。其中，活性污泥法等利用好氧細菌的方法主要用來處理低濃度有機廢水(包括城市污水)，而UASB(上向流污泥床)等各種厭氧方法則主要用來處理一些有機物濃度較高的廢水。酵母菌法是近年來才開始得到應用的一種生物處理法，它主要用來處理一些通常的生物處理法難以勝任的廢水，如高濃度含油廢水等。
活性污泥處理技術的形成已有100年左右的歷史，是至今為止世界上使用得最多的水處理技術。該技術具有技術成熟度高、處理水質(zhì)好等優(yōu)點，同時又具有有機負荷能力較低、建設成本和運行成本(主要是曝氣動力消耗和污泥處置等)相對較高、對污泥管理要求嚴等問題。在近100年的發(fā)展過程中又出現(xiàn)了為解決上述的各種問題從活性污泥法衍變成的各種技術，如生物濾池法、氧化溝法、序批處理法、生物轉(zhuǎn)盤法等。這些新的技術從不同的角度解決了標準活性污泥法的一些問題，并在一些特殊的場合發(fā)揮了其獨特的作用。如氧化溝法運行成本較低、對污泥管理的要求不高，在我國的城市污水處理以及一些工業(yè)廢水處理上得到了比較廣泛的應用。但是，氧化溝法占地面積大、建設成本依然居高不下。因此，目前來說，包括氧化溝法在內(nèi)的各種衍變好氧處理法并不能徹底改變上述活性污泥法中存在的種種問題，而這些問題正是阻礙各種好氧處理技術在包括中國在內(nèi)的發(fā)展中國家得到普及應用的一個重要因素。
厭氧處理法作為一種不需曝氣、而且能產(chǎn)生副產(chǎn)物甲烷的一種處理方法，很早就得到了應用。然而，在80年代荷蘭開發(fā)出能進行高效的固液分離的UASB反應器之前，厭氧處理法主要用于有機污泥、殘渣等的減容消化上，而在我國和印度等國，則主要是以產(chǎn)生副產(chǎn)物甲烷(沼氣)為目的的利用。隨著UASB技術的確立，厭氧處理的潛在能力得到了世界范圍內(nèi)的認可，厭氧處理被成功地應用到多種廢水處理上。近年來，還有人將UASB技術應用到城市污水等有機物濃度非常低的廢水處理上。UASB技術能將大部分有機物分解，但由于處理水中溶有部分甲烷氣體，而且懸浮顆粒物的濃度較高，在外排之前需要用好氧技術進行處理。而且，厭氧處理受溫度的影響比較大，當水溫低于15攝氏度時，處理速度大幅度降低。因此，用厭氧處理方法直接處理低濃度有機廢水，在我國東西北地區(qū)問題比較大。
為了降低城市污水的處理成本，盡快提高我國城市污水處理率，一些研究者提出了所謂的“一級半”處理。也就是說，用混凝沉淀法來替代常規(guī)的活性污泥2級處理，從而大幅度地降低城市污水設施的建設成本和運行成本。(2)現(xiàn)有技術的問題點綜上所述，現(xiàn)有的低濃度有機廢水處理技術在不同程度上存在著建設成本和運行成本高、管理操作難度大等缺點，不適宜于在象中國這樣的發(fā)展中國家普及應用。而用混凝沉淀方法替代常規(guī)的活性污泥2級處理，則會產(chǎn)生大量未經(jīng)消化的污泥，其處置比較困難。而且，在原水有機物濃度較高、或?qū)U水排放要求較高的情況下，僅靠混凝沉淀的方法難以達到預定要求。
(3)解決問題的方法包括城市污水在內(nèi)的低濃度有機廢水在各類廢水中所占的比率極大，解決這類廢水的處理問題是從根本上解決我國水環(huán)境保護問題的必經(jīng)之路。為了研究出一種適合象中國這樣的發(fā)展中國家的經(jīng)濟技術水平的低濃度有機廢水的處理方法，本專利申請者進行了種種探索，最終形成了本發(fā)明。申請者發(fā)現(xiàn)，使用三氯化鐵、三氯化鋁等無機混凝劑可以將原水中絕大部分的懸浮顆粒物以及40-80％以上的COD去除，在很多的情況下，控制混凝條件和混凝劑用量可以使處理水水質(zhì)達到排放標準?；炷杷巹└鶕?jù)水質(zhì)以及混凝劑種類等的不同而有所不同，當使用三氯化鐵處理城市污水時，混凝劑使用量一般為5毫克鐵／升至100毫克鐵／升，最佳范圍為10毫克鐵／升至25毫克鐵／升。最佳pH范圍在4-8的范圍內(nèi)。對于原水中堿度較高的城市污水，基本上不用調(diào)節(jié)pH就可以達到目的。在必要時可以使用少量高分子絮凝劑以提高絮體沉降速度以及出水水質(zhì)。廢水中的固體以及可溶性有機污染物基本上濃縮到沉淀污泥中。由于這些污泥基本上沒有得到消化，含有的有機物可生化性高，如果直接進行污泥脫水，大部分有機物又會重新進入水中，形成新的有機負荷。因此，對于上述的混凝沉淀污泥用厭氧消化法進行充分的消化處理，可以降低污泥中的有機物含量，減少最終污泥產(chǎn)生量，并使污泥達到衛(wèi)生要求，有利于對脫水污泥進行填埋等處置。而且，厭氧處理過程中產(chǎn)生的甲烷氣體還可以作為清潔能源進行回收利用。厭氧反應器的出水可以返回同原水混合后重新進行混凝沉淀處理。用混凝沉淀方法處理有機工業(yè)廢水以及城市生活污水等含有有機物的廢水，混凝沉淀分離后得到的污泥用厭氧法進行消化處理的有機工業(yè)廢水以及城市生活污水等含有有機物的廢水的處理方法便是本發(fā)明的權利要求第一項。
在單獨用混凝沉淀法處理有機工業(yè)廢水以及城市生活污水等含有有機物的廢水不能達到預定的水質(zhì)要求時，采用將混凝沉淀分離后得到的廢水或污水用生物濾池法或接觸氧化法等生物膜法進行進一步處理，并將混凝沉淀分離后得到的污泥用厭氧法進行消化處理是本發(fā)明的權利要求第二項。經(jīng)過混凝沉淀處理后，原水中的懸浮顆粒物以及結(jié)構比較復雜、需要通過水解等反應速度比較慢的反應步驟進行分解的高分子有機物基本上得到徹底的去除，廢水中殘留的有機物則以生物分解性良好、分解反應速度相對較快的小分子為主。因此，經(jīng)過混凝沉淀處理后的水比較適合用生物濾池法或接觸氧化法等生物膜法進行進一步處理，反應器不太會在運行過程中發(fā)生堵塞等問題，反應速度快，處理出水水質(zhì)好。
權利要求第3項指定混凝處理使用的混凝劑的主要有效成分為各種含鐵元素的化合物或混合物、而且將混凝沉淀污泥厭氧處理后厭氧處理水中回收的鐵元素成分也作為混凝劑的一部分對有機工業(yè)廢水以及城市生活污水等含有有機物的廢水進行處理。目前常用的鐵系混凝劑主要由3價鐵構成，包括硫酸鐵、三氯化鐵、聚合硫酸鐵、聚合氯化鐵、各種含鐵的復合混凝劑、以及上述藥劑的混合物等。在厭氧消化反應中，混凝沉淀污泥中的3價鐵被還原成2價鐵從污泥中溶出，因而厭氧處理出水中含有較高濃度的2價鐵離子。對鐵離子的回收可以采取多種方式。例如，將厭氧處理出水直接返回混凝反應器中，同補充的新鮮鐵系混凝劑一起同原廢水混合，在此過程中厭氧處理出水中的2價鐵離子一邊被氧化，一邊作為混凝劑產(chǎn)生氫氧化鐵絮體。為了促進2價鐵的氧化，可以采取曝氣混合的方法。也可以將厭氧污泥處理出水中的2價鐵離子直接制備成鐵系混凝劑。這樣可以最大限度地減少新鮮混凝劑的補充量。問題是，一般來說，鐵離子的濃度較低，而且需要將厭氧處理出水中的懸浮物去除，因此，處理工序比較復雜，成本也較高。當然，鐵系混凝劑也可以是6價鐵(即所謂的高鐵鹽)為主的混凝劑，其特點是有一定的氧化能力，有助于有機物的去除，但現(xiàn)在在市場上流通的6價鐵價格較高，作為水處理藥劑應用得不多。
由于混凝反應所需時間極短，僅為10到20分鐘，而生物濾池法或接觸氧化法等生物膜法的處理速度最高可達3千克BOD立方米／天至10千克BOD立方米／天，為標準活性污泥法的3到10倍，加上大部分的有機污染物已轉(zhuǎn)移到污泥中，不需要進行好氧生物降解，所以，整體反應部分的容積僅為標準活性污泥法處理時的三分之一以下。一般來說，活性污泥法沉淀池的表面負荷為1m／s左右，而對于混凝沉淀來說，通過采用部分污泥回流、斜管斜板沉淀等方法，可以將表面負荷提高到3至5m／s。因此，使用本發(fā)明的方法可以使廢水處理設施的總?cè)莘e縮小數(shù)倍以上。而且，本發(fā)明基本上省略了曝氣的動力設備和管線。因此，采用本發(fā)明的方法，可以達到節(jié)省地皮、縮短工期、降低建設成本的目的。而且，由于節(jié)省了在活性污泥法運行費用中所占比率非常大的曝氣能耗以及曝氣動力設備維修等開支，本發(fā)明的運行成本僅為活性污泥法的二分之一以下。
本發(fā)明的權利要求第4項以至少擁有對有機工業(yè)廢水以及城市生活污水等有機物含有廢水進行混凝沉淀處理的混凝沉淀設備、以及對混凝沉淀分離后得到的污泥用厭氧法進行消化處理的消化反應器等為特征?；炷恋碓O備中的混凝部分和沉淀部分既可以是分離式也可以是合體式，而且，在有些情況下，混凝部分可以用管道混合器代替。為了提高固液分離的效果，進而達到提高厭氧處理負荷的目的，厭氧處理可以采用生物膜反應器或UASB反應器。生物膜反應器的填料可以采用空隙率較大的塑料制品以防止堵塞。
本發(fā)明的權利要求第5項以至少擁有對有機工業(yè)廢水以及城市生活污水等含有有機物的廢水進行混凝沉淀處理的混凝沉淀設備、對經(jīng)過混凝沉淀處理后的廢水或污水進行好氧生物處理的生物濾池或接觸氧化反應器等生物膜反應器、對混凝沉淀分離后得到的污泥用厭氧法進行消化處理的消化反應器等為特征。生物濾池或接觸氧化反應器的生物填料既可以是碎石、焦碳等，也可以是波浪形或蜂窩裝塑料片或管。由于后者具有空隙率大、重量輕等優(yōu)點，近年來發(fā)展得比較快。
(4)本發(fā)明的實施形態(tài)
圖1和圖2分別是本發(fā)明的實施形態(tài)的兩個實例，但本專利不限于這兩個實例。在此對實施形態(tài)例2進行說明。原水同厭氧消化處理出水混合后進入混凝反應器(1)，在空氣氧化和攪拌條件下，原水、厭氧消化處理出水以及補充用新鮮混凝劑如三氯化鐵等進行充分的混合后產(chǎn)生絮體。厭氧消化處理出水也可在同補充用新鮮混凝劑混合后在混凝反應器(1)內(nèi)同原水混合。然后，上述混合液通過沉淀池內(nèi)設置的導流管進入沉淀池(2)進行固液分離。為提高沉淀效果，沉淀池(2)內(nèi)可設置塑料斜板等，還可以將部分沉淀污泥作為助劑回流到沉淀池內(nèi)。沉淀池的上清液進入生物濾池(3)上部由布水器進行布水，而沉淀污泥則進入?yún)捬跸?5)內(nèi)進行厭氧處理。生物濾池的填料可以是斜板式或斜管式塑料填料等。廢水流入生物濾池下部的集水槽(4)，處理出水由集水槽上部溢流而出，而沉淀到集水槽底部的從填料上脫落的生物膜則被抽出后送入?yún)捬跸?5)。(5)實驗結(jié)果實驗1以某市污水處理廠初沉池出水(pH7．6，SS=69mgl-1，CODCr=214mgl-1)作為原水，以三氯化鐵作為混凝劑在投藥量25mgl-1(以鐵計)，在不同pH的條件下進行了混凝沉淀處理實驗。結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，在pH4-7．5的范圍內(nèi)，70％以上的CODCr轉(zhuǎn)移到污泥中，從而實現(xiàn)了有機物向污泥中的濃縮，有利于用厭氧消化法對污泥中吸附濃縮的有機物進行厭氧分解處理。而混凝沉淀處理水CODCr在50-70mgl-1之間，基本滿足了一級排放標準。
權利要求
1.用混凝沉淀力法處理有機工業(yè)廢水以及城市生活污水等含有有機物的廢水，混凝沉淀分離后得到的污泥用厭氧法進行消化處理的有機工業(yè)廢水以及城市生活污水等含有有機物的廢水的處理方法。
2.用混凝沉淀方法處理有機工業(yè)廢水以及城市生活污水等含有有機物的廢水，混凝沉淀分離后得到的廢水或污水用生物濾池法或接觸氧化法等生物膜法進行進一步處理，混凝沉淀分離后得到的污泥用厭氧法進行消化處理的有機工業(yè)廢水以及城市生活污水等含有有機物的廢水的處理方法。
3.權利要求第1和2項記載的方法中，混凝處理使用的混凝劑的主要有效成分為各種含鐵元素的化合物或混合物、而且將混凝沉淀污泥厭氧處理后的厭氧處理水中回收的鐵元素成分也作為混凝劑的一部分進行混凝處理的有機工業(yè)廢水以及城市生活污水等含有有機物的廢水的處理方法。
4.以至少擁有對有機工業(yè)廢水以及城市生活污水等有機物含有廢水進行混凝沉淀處理的混凝沉淀設備、以及對混凝沉淀分離后得到的污泥用厭氧法進行消化處理的消化反應器等為特征的有機工業(yè)廢水以及城市生活污水等含有有機物的廢水的處理裝置。
5.以至少擁有對有機工業(yè)廢水以及城市生活污水等含有有機物的廢水進行混凝沉淀處理的混凝沉淀設備、對經(jīng)過混凝沉淀處理后的廢水或污水進行好氧生物處理的生物濾池或接觸氧化反應器等生物膜反應器、對混凝沉淀分離后得到的污泥用厭氧法進行消化處理的消化反應器等為特征的有機工業(yè)廢水以及城市生活污水等有機物含有廢水的處理裝置。
全文摘要
本發(fā)明用混凝沉淀的方法處理有機廢水或城市污水,然后對沉淀污泥用厭氧方法進行處理,對于僅用混凝沉淀方法達不到預期目的的污水,可在其后用生物膜法進行好氧處理,可免去或減少好氧處理部分,克服了活性污泥法等方法的設備容量大、運行成本高的缺點,從而達到快速、自動化程度高、投資成本和運行成本較低的效果,同時還可以實現(xiàn)混凝劑的再生利用,進一步降低成本,因而具有廣闊的應用前景。
文檔編號C02F1/52GK1294091SQ99122029
公開日2001年5月9日 申請日期1999年10月26日 優(yōu)先權日1999年10月26日
發(fā)明者楊敏, 邵兵, 齊嶸, 張昱, 馬文林 申請人:中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心